본 연구는 원자로 용기 헤드(RVH) 해체에 있어 작업자 방사선 피폭선량과 해체 비용을 정량적으로 평가함으로써 방사선 방호를 위한 최적화된 폐기(해체) 전략을 수립하고자 한다. 코리 원전 1호기 RVH의 실제 형상에 기반한 3차원 모델을 개발하였으며, 해체 시나리오들을 DEMplus 시뮬레이션 도구를 사용하여 분석하였다. 이때 세정(제염), 절단 방법, 해체 시기, 원격 절단 적용 등의 요인을 고려하였다. 대조 시나리오로서 교체 후 10년 시점에 수작업 절단을 수행한 경우, 개인선량은 45.38 mSv로서 작업자 내부 한도인 연간 20 mSv를 초과하였다. 수작업 절단을 원격 로봇 절단으로 대체하면 집단선량이 약 95.9% 감소하였고, 개인선량은 1.66 mSv로 줄어들었다. 해체를 각각 15년 또는 20년까지 지연하면 방사성 붕괴에 따른 추가 선량 저감이 나타났으나, 장기 보관 비용을 고려했을 때 경제적 이득은 제한적이었다. 제염 절차 강화를 통해 절단 방법에 따라 효과가 상이함이 확인되었다. 본 연구는 다양한 시나리오에서 선량, 비용 및 작업 시간을 종합적으로 평가함으로써 최적화된 실행 전략을 제시하며, 향후 RVH 해체 프로젝트에서 방사선 방호와 의사결정을 지원하기 위한 실무적 참고 데이터를 제공한다.

플라즈마 아크 절단(PAC)에서 노즐을 빠져나오는 가스 유동의 특성은 절단 품질에 유의미한 영향을 미친다. PAC에서의 고압 제트는 절단 대상 금속에 충돌할 때 복잡한 충격파 구조를 형성한다. 본 연구에서는 실제 PAC 작업물로부터 유도된 다양한 형상의 케르프(kerf) 내부에서의 유동 거동을 평가하였다. 케르프 내 절단 전면(cutting front)의 형상은 절단 속도의 변화에 따라 달라진다. 절단 속도가 높으면 절단 전면이 곡면화되어 원치 않는 가스 유동 거동을 유발하고 절단 성능에 부정적인 영향을 준다. 본 연구에서는 PAC 공정 중 곡면 절단 전면이 가스 유동 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 계산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 시뮬레이션 모델을 사용하였다. 수치 시뮬레이션에서 얻은 가스 유동 패턴을 슐리렌(Schlieren) 실험 결과와 정성적으로 비교하였다. 분석 결과, 절단 전면의 곡률은 유동 속도를 크게 감소시키는 비스듬한 충격파(oblique shockwave) 구조를 유발하는 것으로 나타났다. 특히 곡면 절단 전면 전반에 걸친 약한 충격 구조는 유동 속도를 점진적으로 감소시켰다. 임계 유동 속도는 절단 전면의 곡률이 매우 큰 케르프에서 구현되었으며, 그 이후에는 재료의 수직 관통(vertical penetration)이 불가능하였다. 전단응력(shear stress) 선은 케르프 벽의 성층 무늬(striation) 패턴과 일치하여 수치 해석 결과를 검증하였다.

사출성형 공정을 이용하여 소형 풍력발전기 블레이드를 대량생산하기 위한 타당성 연구를 수행하였다. 블레이드는 사출성형에 적합하도록 3개 구간으로 분할하였으며, 금형은 Moldflow CAE S/W를 사용하여 설계하고 분석하였다. 3가지 후보 재료를 비교·분석하여 최적의 공급(원료) 재료를 선정하였다. 사출성형 공정을 시험하고 관련 파라미터를 평가하기 위해 금형을 제작하였다. 그 결과로 제작된 블레이드는 다른 구성요소와 조립되었고, 다양한 조건에서 내구성, 안전성 및 성능을 평가하기 위해 발전기를 설치하였다. 그 결과, 사출성형을 통해 소형 풍력발전기용 블레이드를 생산하는 것이 가능함이 확인되었으며, 이는 수작업 노동에 크게 의존하는 기존 제조 방식에 비해 생산성 향상 및 비용 절감을 예측하는 것으로 나타났다.

열 절단 공정에서 노즐을 통해 분사되는 고압 가스 유동의 동역학은 절단 성능에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 절단로(kerf)의 폭 차이 및 상부·하부 표면 사이의 절단 길이 차이와 같은 절단로 형상의 다양한 기하학적 특징을 고려하여, 플라즈마 절단 시료의 절단로 내부 실제 가스 유동 조건을 시뮬레이션하였다. 투명 재료를 사용하여 시제품 절단로 형상을 제작하였다. 제작된 절단로 내부에서 Schlieren(슈리렌) 방법을 이용하여 가스 유동 섀도우그래프를 관찰하였다. 또한 가스 분사 전후 Schlieren 방법으로 얻은 영상에 대해 영상 처리를 수행하였으며, 이를 수치 시뮬레이션 모델을 검증하는 데 사용하였다. 다양한 난류 모델에서 난류 점성의 영향을 전산유체역학 해석을 통해 연구하였다. 그 결과 k–ω 난류 모델이 본 연구에서 사용한 형상에 가장 적합한 난류 모델임이 확인되었다. 이 모델에 대한 시뮬레이션 결과는 보고된 실험 측정치와 질적으로 일치하였다.

본 연구는 원자로 용기 헤드(RVH) 해체에 있어 작업자 방사선 피폭선량과 해체 비용을 정량적으로 평가함으로써 방사선 방호를 위한 최적화된 폐기(해체) 전략을 수립하고자 한다. 코리 원전 1호기 RVH의 실제 형상에 기반한 3차원 모델을 개발하였으며, 해체 시나리오들을 DEMplus 시뮬레이션 도구를 사용하여 분석하였다. 이때 세정(제염), 절단 방법, 해체 시기, 원격 절단 적용 등의 요인을 고려하였다. 대조 시나리오로서 교체 후 10년 시점에 수작업 절단을 수행한 경우, 개인선량은 45.38 mSv로서 작업자 내부 한도인 연간 20 mSv를 초과하였다. 수작업 절단을 원격 로봇 절단으로 대체하면 집단선량이 약 95.9% 감소하였고, 개인선량은 1.66 mSv로 줄어들었다. 해체를 각각 15년 또는 20년까지 지연하면 방사성 붕괴에 따른 추가 선량 저감이 나타났으나, 장기 보관 비용을 고려했을 때 경제적 이득은 제한적이었다. 제염 절차 강화를 통해 절단 방법에 따라 효과가 상이함이 확인되었다. 본 연구는 다양한 시나리오에서 선량, 비용 및 작업 시간을 종합적으로 평가함으로써 최적화된 실행 전략을 제시하며, 향후 RVH 해체 프로젝트에서 방사선 방호와 의사결정을 지원하기 위한 실무적 참고 데이터를 제공한다.

플라즈마 아크 절단(PAC)에서 노즐을 빠져나오는 가스 유동의 특성은 절단 품질에 유의미한 영향을 미친다. PAC에서의 고압 제트는 절단 대상 금속에 충돌할 때 복잡한 충격파 구조를 형성한다. 본 연구에서는 실제 PAC 작업물로부터 유도된 다양한 형상의 케르프(kerf) 내부에서의 유동 거동을 평가하였다. 케르프 내 절단 전면(cutting front)의 형상은 절단 속도의 변화에 따라 달라진다. 절단 속도가 높으면 절단 전면이 곡면화되어 원치 않는 가스 유동 거동을 유발하고 절단 성능에 부정적인 영향을 준다. 본 연구에서는 PAC 공정 중 곡면 절단 전면이 가스 유동 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 계산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 시뮬레이션 모델을 사용하였다. 수치 시뮬레이션에서 얻은 가스 유동 패턴을 슐리렌(Schlieren) 실험 결과와 정성적으로 비교하였다. 분석 결과, 절단 전면의 곡률은 유동 속도를 크게 감소시키는 비스듬한 충격파(oblique shockwave) 구조를 유발하는 것으로 나타났다. 특히 곡면 절단 전면 전반에 걸친 약한 충격 구조는 유동 속도를 점진적으로 감소시켰다. 임계 유동 속도는 절단 전면의 곡률이 매우 큰 케르프에서 구현되었으며, 그 이후에는 재료의 수직 관통(vertical penetration)이 불가능하였다. 전단응력(shear stress) 선은 케르프 벽의 성층 무늬(striation) 패턴과 일치하여 수치 해석 결과를 검증하였다.

사출성형 공정을 이용하여 소형 풍력발전기 블레이드를 대량생산하기 위한 타당성 연구를 수행하였다. 블레이드는 사출성형에 적합하도록 3개 구간으로 분할하였으며, 금형은 Moldflow CAE S/W를 사용하여 설계하고 분석하였다. 3가지 후보 재료를 비교·분석하여 최적의 공급(원료) 재료를 선정하였다. 사출성형 공정을 시험하고 관련 파라미터를 평가하기 위해 금형을 제작하였다. 그 결과로 제작된 블레이드는 다른 구성요소와 조립되었고, 다양한 조건에서 내구성, 안전성 및 성능을 평가하기 위해 발전기를 설치하였다. 그 결과, 사출성형을 통해 소형 풍력발전기용 블레이드를 생산하는 것이 가능함이 확인되었으며, 이는 수작업 노동에 크게 의존하는 기존 제조 방식에 비해 생산성 향상 및 비용 절감을 예측하는 것으로 나타났다.

열 절단 공정에서 노즐을 통해 분사되는 고압 가스 유동의 동역학은 절단 성능에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 절단로(kerf)의 폭 차이 및 상부·하부 표면 사이의 절단 길이 차이와 같은 절단로 형상의 다양한 기하학적 특징을 고려하여, 플라즈마 절단 시료의 절단로 내부 실제 가스 유동 조건을 시뮬레이션하였다. 투명 재료를 사용하여 시제품 절단로 형상을 제작하였다. 제작된 절단로 내부에서 Schlieren(슈리렌) 방법을 이용하여 가스 유동 섀도우그래프를 관찰하였다. 또한 가스 분사 전후 Schlieren 방법으로 얻은 영상에 대해 영상 처리를 수행하였으며, 이를 수치 시뮬레이션 모델을 검증하는 데 사용하였다. 다양한 난류 모델에서 난류 점성의 영향을 전산유체역학 해석을 통해 연구하였다. 그 결과 k–ω 난류 모델이 본 연구에서 사용한 형상에 가장 적합한 난류 모델임이 확인되었다. 이 모델에 대한 시뮬레이션 결과는 보고된 실험 측정치와 질적으로 일치하였다.

열 절단 공정에서 균일한 절단 성능을 위해서는 다양한 운전 조건에서 가스 유동 거동이 일관되게 나타날 것으로 기대된다. 시편 절단 재료의 절폭(kerf) 슬롯에서 절단 전면(cut front)의 기울기는 운전 조건에 따라 달라지며, 이는 가스 흐름 패턴에 영향을 준다. 따라서 노즐 출구 직경과 절단 전면 기울기가 가스 유동 거동에 미치는 영향을 Reynolds averaged Navier–Stokes(RANS) 기반 k–ω 난류 모델을 사용하여 연구하였다. 출구 직경 φexit가 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm인 수렴-직선형 노즐을 사용하여 절단 전면 기울기가 서로 다른 경우에 대한 절폭 슬롯 내 유동 패턴을 조사하였다. 이후 수치 시뮬레이션 결과를 슐리렌(Schlieren) 실험으로부터 얻은 결과와 비교하였다. 또한 수치 및 실험 데이터를 명확히 시각화하고 정밀하게 비교하기 위해 슐리렌 영상에 대해 이미지 처리를 수행하였다. 그 결과, 출구 직경이 2 mm인 노즐이 다양한 운전 조건에서 유동 거동의 일관성이 더 높음을 확인하였다.

본 연구에서는 알칼리성 습식 산화를 통해 제조한 산화구리(CuO) 나노와이어 기반 고성능 포토디텍터를 제시한다. 이 소자는 다양한 광 강도 범위에서 일관된 광전류 응답을 포함하여, 저광 강도에서의 높은 감응도(0.08 mW/cm2에서 최대 23.69 A/W) 및 검출능(0.08 mW/cm2에서 최대 9.95 × 1011 Jones), 그리고 약 17 ms의 빠른 응답 시간을 보여준다. 본 결과는 이 CuO 나노와이어 포토디텍터가 광전류 변화를 측정함으로써 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)의 분산 상태를 실시간으로 효과적으로 모니터링할 수 있음을 나타낸다. 포토디텍터의 응답은 기존의 UV–Vis 분광법 측정과 잘 상관되어, MWCNT 분산의 미세한 변화를 감지할 수 있는 능력을 확인하였다. 이러한 접근법은 분산 과정 동안 즉각적인 피드백을 제공함으로써 나노소재 합성의 동적 최적화를 가능하게 한다. 본 연구는 나노소재 생산에서의 효과적인 in situ 품질 관리와, 환경 센싱 및 생의학 진단을 포함한 다양한 분야에서의 실시간 모니터링을 위한 CuO 나노와이어 포토디텍터의 잠재력을 보여주며, 유망한 연구 방향을 제시한다.

본 연구는 1090–1120 °C에서 두께 50 μm인 304, 304L 및 316L 스테인리스강 판을 브레이징하는 과정에서 두께 12-μm의 구리 필러가 침투하는 양상을 체계적으로 조사하였다. 침투 깊이는 합금 조성과 온도에 따라 0부터 판 두께 전체를 관통하는 완전 침투(50 μm)에 이르기까지 다양하게 나타났다. 특히 316L 강은 니켈 함량이 더 높기 때문에 304 강에 비해 침투 깊이가 최대 87%까지 감소하였다. 완전 침투는 접합부 두께를 최대 70%까지 감소시키는 것으로 나타났다. 정량 분석 결과 침투 깊이는 측정된 다이헤드랄 각(0–150°)과 상관관계를 보였다. 기저 메커니즘은 입계(grain boundary) 그루브(groove)의 동역학에 의해 제어되며, 젖음(wetting) 전이 온도 이상에서 그루브 지배형에서 젖음 지배형으로 전환된다. 이 젖음 전이 온도는 304/304L의 경우 1090–1100 °C, 316L의 경우 1110–1115 °C로 추정된다. 이러한 젖음 우세 레짐으로의 전이는 침투 깊이가 지수적으로 증가하게 만든다. 본 연구 결과는 입계 침투에 대한 기초적 이해를 제공하며, 초박형 스테인리스강 브레이징을 위한 재료 선택과 공정 최적화에 중요한 지침을 제공한다.